Akustische Messverfahren für den Einsatz in Windkanälen mit hohem Hintergrundlärmpegel
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Entwicklung von lärmoptimierten Tragflügelprofilen kommt in den letzten Jahren eine stetig wachsende Bedeutung zu. Bei der Verifikation dieser Profile sind meist Messungen in einem aerodynamischen und in einem akustischen Windkanal erforderlich, da der Hintergrundlärmpegel in einem aerodynamischen Windkanal für konventionelle akustische Messverfahren meist zu hoch ist. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine effiziente hitzdrahtbasierte Methode (CPV) zur aeroakustischen Untersuchung von zweidimensionalen Profilen validiert, weiterentwickelt und angewendet. Damit sind aero-akustische Messungen absoluter Schallpegel in einem Kanal mit geschlossener Messstrecke und hohem Hintergrundlärmpegel möglich. Die gewonnenen Ergebnisse und veröffentlichten Beiträge haben Anteil an einem deutlichen Trend hin zu Messungen in geschlossener statt offener Messstrecke. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die wirklichkeitsnahe Modellierung der Grenzschichtzustände von essentieller Bedeutung für den abgestrahlten Hinterkanten-Lärm (HKL) ist. Zudem steht nun eine entsprechende Methode zur Verfügung, die auch in vergleichsweise lauten Windkanälen angewendet werden kann. - Die Entwicklung einer effizienten hitzdrahtbasierten Methode zur aero-akustischen Untersuchung von zweidimensionalen Profilen wurde abgeschlossen. - Aero-akustische Messungen zur Bestimmung absoluter Schallpegel in einem Windkanal mit geschlossener Messstrecke und hohem Hintergrundlärmpegel wurden ermöglicht. - Die Validierung der CPV-Methode ergab zusätzliche Erkenntnisse für Referenzmessungen an NACA 0012 Profilen. - Eine Methode zur Korrektur des Hintergrundlärmpegels konnte entwickelt und dank der neuen schallabsorbierenden Auskleidung des Laminarwindkanals überprüft werden. - Untersuchungen zur Richtcharakteristik des abgestrahlten Schalls zeigen polare Verteilungen ähnlich der für nicht-kompakte Profile erwarteten Kardiode (genauer gesagt zwischen Kardiode und isotroper Monopol-Charakteristik, wie HKL-Theorien und CAA-Simulationen bisher vermuten lassen). - Es wurden neue Erkenntnisse über Rückkoppelungsvorgänge in laminaren Ablöseblasen nahe der Hinterkante (globale Strömungs-Instabilität) gefunden, die zu tonaler Schallabstrahlung führen. Es konnte nachgewiesen werden, dass der abgestrahlte Schall von der Hinterkante am Instabilitätspunkt in die Grenzschicht einkoppelt. - Basierend auf Druckfluktuationsmessungen und der Bestimmung der spannweitigen Korrelations-Längenskalen sind genaue Abschätzungen des Fernfeld-Lärms in einem nochmals vergrößerten Frequenzbereich möglich. Dies führte zur Vorentwicklung einer entsprechenden SSPP-Methode. - Im Rahmen des Projektes wurden erstmals Hot-Tube Sensoren bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten (? 60 m/s) eingesetzt. Überraschenderweise wurde die erwartete Erhöhung der Grenzfrequenz der Hot-Tube-Sensoren im Vergleich zu Hitzdrähten nicht bestätigt. Außerdem stieg die Rauschleistungsdichte nicht proportional zu f² wie für Hitzdrähte üblich, sondern linear mit der Frequenz. Die durchgeführten Messungen dienen als Ausgangslage für weitere mechanische/elektrische Verbesserungen dieser Sensoren. - Die gewonnenen Erkenntnisse über Schallabstrahlung dienen als Grundlage für die Weiterentwicklung von Lärmvorhersageverfahren. Damit wird eine weitere Lärmreduktion von Flügelprofilen ohne Verlust an aerodynamischer Leistung durch Optimierung der Formgebung ermöglicht. Dadurch können z.B. verschärfte Regulationen über die Lärmabstrahlung von Windkraftanlagen ohne Einbußen in der Effizienz eingehalten werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Design, Wind-Tunnel Verification of Low-Noise Airfoils for Wind Turbines, 24th Applied Aerodynamics Conference, San Francisco, California, 5-8 June, 2006, AIAA 2006-3322
Th. Lutz, A. Herrig, W. Würz, M. Kamruzzaman, E. Krämer
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Trailing-Edge Noise Measurements Using a Hot-Wire Based Coherent Particle Velocity Method, 24th Applied Aerodynamics Conference, San Francisco, California, 5-8 June, 2006, AIAA 2006-3876
A. Herrig, W. Würz, Th. Lutz, E. Krämer
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Design and Wind-Tunnel Verification of Low Noise Airfoils for Wind Turbines, AIAA Journal, 45(4): 779-792, 2007
Th. Lutz, A. Herrig, W. Würz, M. Kamruzzaman, E. Krämer
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Hitzdraht-basierte Messungen von Hinterkantenlärm an NACA- 0012-Profilen, 14.-15. Nov. 2007, AG STAB Workshop, Göttingen
A. Herrig, W. Würz, E. Krämer, S. Wagner
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Messung von Profil-Hinterkantenlärm mit der Coherent-Particle-Velocity-Methode, 33. Deutsche Jahrestagung für Akustik DAGA, Stuttgart, 19.-22. März, 2007
A. Herrig, W. Würz, Th. Lutz, E. Krämer, S. Wagner
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Trailing-Edge Noise Measurements of a NACA 0012 Airfoil using the Coherent Particle Velocity Method, Int. Conference on Methods of Aerophysical Research ICMAR, 5-10 Feb, 2007
A. Herrig, W. Würz, Th. Lutz, E. Krämer, S. Wagner
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New CPV-Results of NACA 0012 Trailing-Edge Noise, Int. Conference on Methods of Aerophysical Research ICMAR, 30.06.-06.07., 2008
A. Herrig, W. Würz, E. Krämer, S. Wagner
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RANS based Prediction of Airfoil Trailing Edge Far-field Noise: Isotropic & Anisotropic Turbulence, 14th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (29th AIAA Aeroacoustics Conference), Vancouver, Canada, 5-7 May, 2008, AIAA-2008-2867-685
M. Kamruzzaman, Th. Lutz, A. Herrig, E. Krämer
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Trailing-Edge Noise Measurements on NACA 0012 Airfoils Using the Coherent Particle Velocity Method, 15th International Congress of Sound, Vibration, Daejeon, Korea, 6-10 July, 2008
A. Herrig, W. Würz, E. Krämer, S. Wagner
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Comprehensive Evaluation and Assessment of Trailing Edge Noise Prediction Based on Dedicated Measurements, Third International Conference on Wind Turbine Noise, Aalborg, Denmark, 17-19 June, 2009
M. Kamruzzaman, A. Herrig, Th. Lutz, W. Würz, E. Krämer, S. Wagner
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Evaluation of Measured Anisotropic Turbulent Two-Point Correlation Data for the Accurate Prediction of the Turbulence Noise Sources, 15th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference (30th AIAA Aeroacoustics Conference), Miami, Florida, 11-13 May, 2009, AIAA 2009-3313
M. Kamruzzaman, Th. Lutz, A. Ivanov, A. Herrig, E. Krämer
